一种基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略技术方案

一种基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略属于电动汽车控制领域，其特征在于能够依据车辆、燃料电池、锂电池、电动式飞轮电池和离合器的状态，控制复合能源系统运行于多种驱动模式。大负荷驱动工况下，借助锂动力电池和电动式飞轮高能量密度和高功率密度的优势，起“削峰填谷”的作用，能够有效降低燃料电池峰值功率的输出，可以显著提高燃料电池的使用寿命。同时，低负荷工况下，整车控制器控制燃料电池输出的电能在满足整车驱动的条件下，剩余的能量优先补给锂电池，其余的能量经电动机转化为机械能后，传递给飞轮储存，这样既可保证燃料电池工作在高效工作区间，提高燃料电池的运行效率，又保证了锂电池和飞轮的能量状态。池和飞轮的能量状态。池和飞轮的能量状态。

【技术实现步骤摘要】
一种基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略


[0001]本专利技术涉及电动汽车控制领域，特别是关于一种基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略。

技术介绍

[0002]电动式飞轮电池作为燃料电池汽车的辅助储能装置虽然能较好延长燃料电池汽车的续航里程，但容易受飞轮转速的影响限制其工作范围，不能较好的满足整车动力性要求。锂电池具有高能量密度，取长补短，将其设计为车载燃料电池辅助储能装置，即锂电池加电动式飞轮电池的复合储能装置，借助合理的驱动控制方法，在负载突变的驱动工况或车辆高驱动功率的行车需求下，通过控制锂电池和电动式飞轮的介入，能够有效降低燃料电池峰值功率的输出，保证其始终稳定工作在高效区间，可以显著提高燃料电池的工作效率和使用寿命。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略，用以解决在负载突变的驱动工况或车辆高驱动功率的行车需求下，高驱动功率对燃料电池工作效率和使用寿命造成的不利影响问题。
[0004]本专利技术技术方案是: 提供一种基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略，实现该控制策略的控制系统包括整车控制器、燃料电池管理系统、单向DC/DC控制器、锂电池管理系统、电动式飞轮电池控制器、CAN总线。整车控制器执行燃料电池、锂电池与电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制方法，依据车辆工况特征，输出与之相适应的控制指令；单向DC/DC控制器接收燃料电池电压和电流信号调节燃料电池输出电压；离合器、锂电池管理系统、电动式飞轮电池控制器、单向DC/DC控制器、燃料电池管理系统执行整车控制器发送的控制指令，并反馈部件相关状态信息参数。基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略的特征在于以下6点。
[0005]（1）控制方法主程序设计用于检测车辆运行于何种状态，通过读取驱动踏板开度数据、制动踏板开度数据、车速信号数据，判断车辆是否运行驱动、制动或故障模式；若运行于驱动模式，则进一步调用驱动控制子程序1。
[0006]（2）控制方法子程序1设计用于判断车辆需求驱动功率与燃料电池最大允许输出功率、高效功率区间的关系，并选择与之相适应的控制子程序；若车辆需求驱动功率较大，不小于标定倍数的燃料电池峰值功率，则调用子程序2；若车辆需求驱动功率偏大，小于标定倍数的燃料电池峰值功率且不在燃料电池高效功率区间范围内，则调用子程序3；若车辆需求驱动功率在电池高效功率区间范围内，则锂电池和电动式飞轮电池不参与运行，由燃料电池单独提供车辆需求驱动功率；若车辆需求驱动功率偏小，小于燃料电池高效运行功率区间的最小值，则调用子程序4。
[0007]（3）子程序2设计用于判断系统在高驱动工况下是否运行于燃料电池和锂电池驱动模式或燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池驱动模式以及燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统是否限制车辆需求功率运行模式，并通过所判定的模式，输出与之相适应的控制信号。
[0008]（4）子程序3设计用于判断系统在中等驱动工况下是否运行于燃料电池和锂电池参与驱动模式或燃料电池和电动式飞轮电池参与驱动模式，并通过所判定的模式，输出与之相适应的控制信号。
[0009]（5）子程序4设计用于判断系统在低驱动工况下是否运行于单独燃料电池参与驱动模式或燃料电池即参与驱动又优先为锂电池充电再为电动式飞轮电池补充能量的复合运行模式，并通过所判定的模式，输出与之相适应的控制信号。
[0010]（6）子程序5设计用于在中等驱动工况下进一步判断电动式飞轮电池是否介入工作即燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池模式，并通过所判定的模式，输出与之相适应的控制信号。
[0011]本专利技术的优点在于：1、本专利技术通过设计一种燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略，可借助锂电池高能量密度以及飞轮瞬时大功率释放优势，延长燃料电池汽车续航里程，同时降低大负荷驱动工况下燃料电池和锂电池的放电电流，提高燃料电池和锂电池的安全性能、经济性和使用寿命。2、本专利技术通过设计一种燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略，可实现在低负荷工况下，整车控制器控制燃料电池输出的电能在满足整车驱动的条件下，剩余的能量优先补给锂电池，其余的能量经电动机转化为机械能后，传递给飞轮储存，这样既可保证燃料电池工作在高效工作区间，提高燃料电池的运行效率，又保证了锂电池和飞轮的能量状态。
附图说明
[0012]图1为基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统结构示意图。
[0013]图2为基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统主程序示意图。
[0014]图3为基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略子程序1示意图。
[0015]图4为基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略子程序2示意图。
[0016]图5为基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略子程序3示意图。
[0017]图6为基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略子程序4示意图。
[0018]图7为基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮的复合能源系统驱动控制策略子程序5示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。
[0020]图1为基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统结构示意图，包括：
CAN总线、整车控制器、燃料电池、锂电池、电动式飞轮电池、单向DC/DC控制器及其管理系统、离合器、车辆传动系统、车轮。
[0021]整车控制器通过CAN总线实时采集车辆、燃料电池、锂电池、电动式飞轮电池、离合器状态信号，并依据内置控制方法，确定燃料电池、锂电池、电动式飞轮电池工作模式，并向其输出相关控制指令；具体可分为以下几种控制模式。
[0022]（1）结合图2控制方法主程序设计用于检测车辆运行于何种状态，通过读取驱动踏板开度数据、制动踏板开度数据、车速信号数据，若检测到车辆要运行于驱动模式，则调用驱动控制子程序1；若检测到车辆运行于故障状态，则调用故障模式子程序；若检测到车辆要运行于制动状态，则调用制动控制子程序。
[0023]（2）结合图3控制方法子程序1通过读取燃料电池状态参数，计算燃料电池高效运行功率的参考值Pfc1、计算燃料电池最大允许输出功率Pfcmax、计算车辆需求的驱动功率Pd；进一步读取离合器状态参数，判断Pd是否不小于k1倍Pfcmax，其中k1是标定值，若上述条件成立，则调用子程序2；若不成立，进一步判断Pd不小于k2倍Pfc1且小于k1倍Pfcmax是否成立，其中，k2是标定值，若上述条件成立，则调用子程序3；若不成立，进一步判断Pd大于k3倍Pfc1且小于k2倍Pfc1是否成立，其中，k3是小于k2的标定值，若上述条件不成立，则调用子程序4；若成立，则进一步依据Pd计算燃料电池放电电流I；进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于燃料电池、锂电池和电动式飞轮电池复合能源系统驱动控制策略，其特征在于能够依据车辆、燃料电池、锂电池、电动式飞轮电池和离合器的状态，控制复合能源系统运行于多种驱动模式，具体控制步骤为；（1）主程序控制步骤为：步骤S01执行读取驱动踏板开度数据；步骤S02执行读取制动踏板开度数据；步骤S03执行读取车速信号数据；步骤S04判断是否驱动踏板开度大于0且制动踏板开度等于0，若上述条件成立，则执行步骤S05，若不成立，则执行步骤S06；步骤S05执行调用子程序1控制指令；步骤S06判断是否驱动踏板开度大于0且制动踏板开度同时大于0，若上述条件成立，则执行步骤S07，若不成立，则执行步骤S08；步骤S07执行车辆运行故障模式；步骤S08判断是否驱动踏板开度为0且制动踏板开度大于0，若上述条件成立，则执行步骤S09，若不成立，则执行步骤S010；步骤S09执行调用制动控制子程序指令；步骤S010判断是否驱动踏板开度为0且制动踏板开度同时为0，若上述条件成立，则执行步骤S011，若不成立，则执行步骤S04；步骤S011判断车速是否大于给定值，若大于，则执行步骤S012，若不大于，则执行步骤S04；步骤S012执行调用制动控制子程序指令；（2）子程序1控制步骤为：步骤S11执行读取燃料电池状态参数指令；步骤S12执行计算燃料电池高效运行功率参考值的指令；步骤S13执行计算燃料电池最大允许输出功率值的指令；步骤S14执行计算车辆需求驱动功率值的指令；步骤S15执行读取离合器状态参数的指令；步骤S16判断车辆需求驱动功率是否不小于标定倍数k1倍的燃料电池最大允许输出功率，若上述条件成立，则执行步骤S17，若不成立则执行步骤S18；步骤S17执行调用控制子程序2的指令；步骤S18判断车辆需求驱动功率是否小于标定倍数k1倍的燃料电池最大允许输出功率且不小于标定倍数k2倍的燃料电池高效运行功率参考值，若上述条件成立，则执行步骤S19，若不成立，则执行步骤S110；步骤S19执行调用子程序3的控制指令；步骤S110判断车辆需求驱动功率是否小于标定倍数k2倍的燃料电池高效运行功率参考值且大于标定倍数k3倍的燃料电池高效运行功率参考值，若上述条件成立，则执行步骤S111，若不成立，则执行步骤S112；步骤S111执行依据车辆需求驱动功率计算燃料电池放电电流I的指令；步骤S112执行调用子程序4的控制指令；
步骤S113判断离合器状态是否分离，若离合器分离，则执行步骤S114，若离合器未分离，则执行步骤S115；步骤S114执行输出离合器状态保持、输出锂电池功率为0和燃料电池放电电流为I的控制指令；步骤S115执行离合器分离、输出锂电池功率为0和燃料电池放电电流为I的控制指令；（3）子程序2控制步骤为：步骤S21执行读取锂电池状态参数的指令；步骤S22执行计算锂电池允许输出功率值的指令；步骤S23执行读取飞轮状态参数的指令；步骤S24执行计算飞轮允许输出功率值的指令；步骤S25判断标定倍数k1倍的燃料电池最大允许输出功率与锂电池允许输出功率之和是否大于车辆需求驱动功率，若上述条件成立，则执行步骤S26，若不成立则执行步骤S210；步骤S26执行依据车辆需求驱动功率和锂电池允许输出功率的差计算燃料电池放电电流I的指令；步骤S27判断离合器是否分离，若离合器分离，则执行步骤S28，若离合器未分离，则执行步骤S29；步骤S28执行输出离合器状态保持控制指令、输出锂电池功率为Pli控制指令、输出燃料电池放电电流为I的控制指令；步骤S29执行输出离合器状态分离控制指令、输出锂电池功率为Pli控制指令、输出燃料电池放电电流为I的控制指令；步骤S210进一步判断标定倍数k1倍的燃料电池最大允许输出功率与锂电池允许输出功率以及飞轮允许输出功率之和是否大于车辆需求驱动功率，若上述条件成立，则执行步骤S211，若不成立则执行步骤S215；步骤S211执行依据车辆需求驱动功率和锂电池、飞轮允许输出功率的差计算燃料电池放电电流I的指令；步骤S212判断离合器是否分离，若离合器分离，则执行步骤S213，若离合器未分离，则执行步骤S214；步骤S213执行输出离合器结合控制指令、输出锂电池功率为Pli控制指令、输出燃料电池放电电流为I的控制指令；步骤S214执行输出离合器状态保持控制指令、输出锂电池功率为Pli控制指令、输出燃料电池放电电流为I的控制指令；步骤S215执行修正车辆需求驱动功率的指令，修正值为标定倍数k1倍的燃料电池最大允许输出功率与锂电池、飞轮允许输出功率之和；步骤S216执行依据标定倍数k1倍的燃料电池最大允许输出功率计算燃料电池放电电流I的指令；步骤S217判断离合器是否分离，若离合器分离，则执行步骤S218，若离合器未分离，则执行步骤S219；步骤S218执行输出离合器结合控制指令、输出锂电池功率为Pli控制指令、输出燃料电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宾宾，王永军，李文涛，张铁柱，李波，葛文庆，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：